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Erdanker zum Verankern von Bauwerken im Erdreich
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Die Erfindung betrifft einen Erdanker zum Verankern von Bauwerken
im Erdreich, insbesondere für durch Horizontalkräfte belastete Stützwände, dessen
einer'Endabschnitt an dem zu verankernden Bauwerk zu befestigen ist, und dessen
restlichen Abschnitt im Erdreich anzuordnen ist.
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Wenn vor- oder nachstehend von Bauwerken und dabei insbesondere von.Stützwänden
die Rede ist, so sind hierunter insbesondere Stützwände zu verstehen, wie sie als
Hangsicherung an Böschungsabdeckungen zur Anwendung kommen, aber beispielsweise
auch für Schallschutzdämme, Gartenmauern, Spundwände, Brückenwiderlager etc.
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Wenn weiterhin vor- oder nachstehend von einer Verankerung
im
Erdreich die Rede ist, so soll demgemäß auch dieser Begriff ganz allgemein verstanden
werden und nicht nur beispielsweise das Urgelände an einer Böschung, sondern selbstverständlich
beispielsweise auch die dort in aller Regel vorgenommenen Anschüttungen umfassen.
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Um Bauwerke wie derartige Stützwände standsicher ausbilden zu können,
ist es bekanntlich in aller Regel erforderlich, die eigentliche Stützwand mit hier
auch der Einfachheit halber als Erdanker bezeichneten Verankerungen zu verankern,
die sich von der Rückseite der eigentlichen Stützwand aus in das Erdreich hineinerstrecken,
und zwar insbesondere dann, wenn zu erwarten ist, daß auf die Stützwand beachtliche
Horizontalkräfte ausgeübt werden, denen die Stützwand bei nicht vorhandener Verankerung
im Bereich nicht standhalten könnte. Derartige Horizontalkräfte werden zunächst
einmal durch den stets vorhandenen Erddruck erzeugt, können aber beispielsweise
auch durch Belastung eines Dammes o.dgl. durch Fahrzeuge o.dgl. hervorgerufen werden.
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Dem Erfordernis einer ausreichenden Verankerung einer Stützwand im
Erdreich kommt mithin mit wachsender Wandhöhe steigende Bedeutung zu, da die schon
aufgrund des Erddruckes hervorgerufenen Horizontalkräfte dabei entsprechend anwachsen.
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Es sind derartige Erdanker in Form sog. Ankersteine bekannt, die in
verhältnismäßig engem Raster von beispielsweise etwa 0,5 m verlegt werden, wobei
diese bekannten Erdanker'beispielsweise an ihrem der Stützwand zugekehrten Endabschnitt
eine Form aufweisen können, welche der Form der für die betreffende Stützwand zur
Anwendung kommenden Steine angepaßt ist, so daß diese bekannten Ankersteine mit
diesem Endabschnitt jeweils zwischen zwei höhenmäßig
aufeinanderfolgenden
Steinen der Stützwände angeordnet sein können, während sich ihr restlicher Abschnitt
im wesentlichen horizontal von der Rückwand der Stützwand aus nach hinten erstreckt
und bei dem fertigen Bauwerk im Erdreich liegt.
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Dabei erfolgt die Verankerung im Erdreich durch Reibung zwischen Ankerstein
und Erdreich, wobei die Dimensionierung dieser bekannten Ankersteine so vorzunehmen
ist, daß sie die auftretenden Zugkräfte übertragen und im Bereich abtragen können.
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Bei der Ausgestaltung dieser bekannten Erdanker ist man bemüht, deren
Eigengewicht schon im Hinblick auf die damit verbundenen Transport- und Einbaukosten
so zu begrenzen, daß die als Ankersteine ausgestalteten Erdanker noch von Hand verlegt
werden können, wobei ein etwa zwei Meter langer Ankerstein der vorstehend beschriebenen
Gattung bereits etwa 75 kg wiegt.
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Obwohl bereits ein solches Gewicht für eine Verlegung von Hand nicht
unproblematisch ist, reichen derartige Erdanker für größere Wandhöhen noch nicht
einmal aus, da die erforderlichen Anker längen gemäß den einschlägigen Richtlinien
für den Entwurf und die Ausführung von Stützkonstruktionen aus bewehrter Erde etwa
80 % der Wandhöhe betragen müssen, so daß man bei höheren Stützwänden mithin bei
einer solchen Ausgestaltung zwangsläufig zu Ankerlängen kommt, die zu Eigengewichten
führen, welche eine Verlegung von Hand nicht mehr gestatten.
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Es kommt weiterhin bei den bekannten Erdankern nachteilig hinzu, daß
sie praktisch steif sind und sich demgemäß den in aller Regel auftretenden Setzungen
des Hinterfüllungsbodens kaum anpassen können, so daß es dann insbesondere
bei
größeren Bauwerken mit entsprechend dimensionierten Erdankern zu Rissen in den in
aller Regel aus Beton bestehenden Ankersteinen dieser Art kommen kann.
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Derartige Risse oder Brüche des Betons ermöglichen dann aber eine
Zugänglichkeit des im Boden vorhandenen Wassers zu den in die Ankersteine eingelegten,
im allgemeinen aus Rundstahl bestehenden Bewehrungsstäbe, was wiederum zu einer
erhöhten Korrosionsgefahr führt.
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Der vorliegenden Erfindung liegt demgemäß die Aufgabe zugrunde, die
bekannten Erdanker der eingangs beschriebenen Gattung unter Vermeidung ihrer Nachteile
dahingehend zu verbessern, daß sie selbst bei größeren Bauwerken und damit aufgrund
statischer Gegebenheiten einhergehende; entsprechend großen Dimensionen noch ohne
Schwierigkeiten von Hand verlegt werden können, wobei darüber hinaus bei Setzungserscheinungen
des Hinterfüllungsbodens o.dgl. eine Anpassung der Erdanker an die jeweils vorhandenen
Gegebenheiten möglich sein soll, ohne daß dieses zu Beschädigungen durch Bruch,
Korrosion o.dgl. führt.
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Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch
ein längliches, senkrecht zu seiner Längsrichtung verformbares Zugmittel, welches
an seinem einen Endabschnitt mit einem im Erdreich anzuordnenden Reibelement verbunden
ist, dessen Umfang wesentlich größer ist als der Umfang des Zugmittels.
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Wenn vor- oder nachstehend von einer Verformbarkeit des Zugmittels
die Rede ist, so ist hiermit, wie bereits erwähnt, gemeint, daß diese Verformbarkeit
wenigstens innerhalb derjenigen Grenzen liegt, wie sie durch Setzungen des Hinterfüllungsbodens
von Böschungen o.dgl.
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auftreten können, wobei bei derartigen Erscheinungen das Zugmittel
sich mithin aufgrund elastischer Eigenschaften den neuen Bodengegebenheiten ohne
weiteres anpassen können soll.
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Wenn weiterhin vor- oder nachstehend davon die Rede ist, daß der Umfang
der Reibelemente wesentlich größer sein soll als der Umfang des Zugmittels, so steht
der quer zur Längsrichtung gemessene Umfang hier funktionsmäßig für die Umfangsfläche,
und die insoweit unterschiedlichen Dimensionierungen beruhen auf folgender Uberlegung:
Obwohl die insbesondere bei höheren Bauwerken wie Stützwänden o.dgl. auftretenden
Zugkräfte nicht ganz unbeträchtliche Werte annehmen können, besteht das Problem
bei derartigen Erdankern weniger in der Übertragung dieser Zugkräfte als im Abbau
der auftretenden Horizontalkräfte im Erdreich aufgrund von Reibung.
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Zum Abbau der auftretenden Horizontalkräfte durch Reibung sind mithin
unter Berücksichtigung der Erddrücke, der Reibbeiwerte, die zwischen dem Material
der Erdanker und dem Erdreich gelten, etc. bestimmte Oberflächen der Erdanker erforderlich,
wobei aber die sich hieraus beispielsweise bei den bekannten Ankersteinen aus Stahlbeton
ergebenden Dimensionen hinsichtlich Umfang und Länge für die Ubertragung der auftretenden
Zugkräfte nicht annähernd erforderlich sind.
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Ausgehend von dieser Erkenntnis schafft die vorliegende Erfindung
mithin einen Erdanker, dessen längliches, quer bzw.. senkrecht zu seiner Längsrichtung
durch Elastizität und/oder aufgrund bestimmter konstruktiver Ausgestaltung in der
Art einer Kette o.dgl. verformbares Zugmittel nur eine solche Festigkeit aufweist,
wie sie zur Übertragung tatsächlich
auftretender Zugkräfte erforderlich
ist, wobei man mithin mit verhältnismäßig kleinen Querschnittsabmessungen auskommt,
wenn das Zugmittel beispielsweise aus Bandstahl besteht, der zur Verhinderung einer
Korrosion an seiner Außenseite beispielsweise durch Verzinken, Beschichtung mit
Kunststoff, Überziehen (z.B. Aufschrumpfen) mit Kunststoffrohr o.dgl., korrosionsbeständig
gemacht worden ist, wie dieses bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Fall ist.
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Ein solches Zugmittel würde andererseits ersichtlich lediglich geradezu
vernachlässigbar kleine Reibungskräfte übertragen können, so daß hierfür Reibelemente
vorgesehen sind, deren Oberfläche groß genug ist, um die auftretenden Horizontalkräfte
über Reibung im Erdreich abtragen zu können.
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An dem dem Bauwerk abgekehrten Endabschnitt des Stützmittels ist zunächst
einmal ein derartiges Reibelement (Endreibelement) angeordnet, welches gleichsam
als Ankerverschluß wirkt und beispielsweise aus einem Betonkopf, einem Schraubverschluß
mit Mutter, Gewinde und Unterlegplatte, aus Keilverschlüssen o.dgl. bestehen kann.
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Zwischen diesem Endreibelement und dem anderen Endabschnitt des Zugmittels
sind dann bevorzugt mehrere weitere Reibelemente angeordnet, die keine feste Verbindung
zum Zugmittel haben, sondern sich an dem endseitigen Reibelement abstützen können.
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Die Reibelemente bestehen bevorzugt aus Fertigteilen und können aus
Beton, Steinzeug, Ton, Klinker etc. bestehen.
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Ihre in Längsrichtung des Zugmittels gemessene Länge ist vorzugsweise
verhältnismäßig klein, damit sich das einerseits aus dem Zugmittel und andererseits
aus den Reibelementen bestehende, gleichsam schlangenförmige Gebilde den
Verformungen
des Baugrundes gleichsam in der Art einer Gliederkette in optimaler Weise anpassen
kann.
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Dagegen ist die quer zur Längsrichtung des Zugmittels gemessene Breite
der Reibelemente vorzugsweise im wesentlichen größer als ihre in Längsrichtung gemessene
Länge, um im Verankerungsbereich, d.h. also im Bereich des rückwärtigen Erdkörpers,
eine möglichst große, wirksame Reibfläche schaffen zu können.
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Die erfindungsgemäße Ausbildung von Erdankern hat mithin nicht nur
u.a. den Vorteil, daß sich die Erdanker selbst bei verhältnismäßig hohen Bauwerken
und den sich hieraus ergebenden Verankerungsdimensionen ohne weiteres noch von Hand
verlegen lassen, da die Reibungskörper bei der Verlegung gleichsam in der Art einer
Perlenkette auf das Zugmittel "auffädeln" bzw. bei anderer Ausgestaltung in entsprechender
Weise so im Bereich des vorzugsweise im wesentlichen zentrisch verlaufenden Zugmittels
anordnen lassen, daß sie sich am Endreibelement abstützen können, sondern es ergibt
sich darüber hinaus auch noch ein weiterer beachtlicher Vorteil,der darin besteht,
daß derartige Reibelemente lediglich im wirksamen Ankerbereich, d.h. also bis zu
der je nach Untergrund im wesentlichen festliegenden Gleitlinie angeordnet werden
zu brauchen, da in dem dem Bauwerk benachbarten Abschnitt eines Erdankers bekanntlich
rechnerisch keine Reibkraftübertragung mehr stattfindet.
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Wie bereits erwähnt wurde, kann das Zugmittel beispielsweise aus Bandstahl
o.dgl. bestehen, aber grundsätzlich auch aus einer Kette, aus einem Stahlseil etc.,
wobei das Zugmittel allerdings gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung
keineswegs aus einem durchgehend homogenen Abschnitt eines geeigneten Materials
bestehen muß.
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Vielmehr kann es gemäß einer Ausgestaltung auch aus mehreren Abschnitten
bestehen, die jeweils an ihren Enden mit einem Verbindungsmittel zum Befestigen
an einem benachbarten Zugmittelabschnitt versehen sind, wobei diese Verbindungsmittel
beispielsweise einerseits aus einer öse und andererseits aus einem Haken bestehen
können. Bei einer derartigen oder ähnlichen Ausgestaltung ist mithin nicht nur die
Montage hinreichend dimensionierter Erdanker völlig problemlos, sondern auch die
Fertigung, die Vorratshaltung, der Transport etc..
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Bevorzugte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den
Ansprüchen beschrieben.
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Die Erfindung ist nachstehend an Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme
auf eine Zeichnung weiter erläutert.
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Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darste~llung eines erfindungsgemäßen
Erdankers zum Verankern einer Stützwand; Fig. 2 eine seitliche Draufsicht auf die
Stirnseite eines Ausführungsbeispiels für ein als Fertigteil ausgebildetes Reibelement
aus Beton in Richtung des Pfeiles II in Fig. 3 gesehen; Fig. 3 eine Draufsicht auf
das Reibelement gemäß Fig. 2 in Richtung des Pfeiles III in Fig. 2 gesehen; Fig.
4 eine Draufsicht von oben auf den dem zu verankernden Bauwerk abgekehrten Endabschnitt
eines mit Reibelementen gemäß den Fig. 2 und 3 ausgerüsteten Erdankers in Richtung
des Pfeiles IV in Fig. 1 gesehen; Fig. 5 eine in Richtung des Pfeiles V in Fig.
1 gesehene Draufsicht auf eine Variante eines Erdanke'rs; Fig. 6 ein Reibelement
des Erdankers gemäß Fig. 5 in perspektivischer Darstellung; und Fig. 7 einen einem
Reibelement zugeordneten Zugmittelabschnitt des Erdankers gemäß Fig. 5.
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Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen schematischen Vertikalschnitt durch
einen Teilabschnitt eines Bauwerkes, welches im vorliegenden Fall aus einer Stützmauer
1 besteht, die zwecks Handsicherung eine Böschungsabdeckung darstellt und bei dem
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 aus Formsteinen 2 besteht, welche die Stützmauer
1 als Trockenmauerwerk bilden.
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Da die Stützmauer 1 eine Höhe von mehreren Metern aufweist und demgemäß
durch Horizontalkräfte belastet wird, die zum einen vom Erddruck und weiterhin von
einer Belastung des Hanges 3 durch Fahrzeuge herrühren, muß die Stützmauer 1 im
Erdreich des Hanges 3 verankert werden.
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Zur Verankerung der Stützmauer 1 dienen Erdanker 4, von denen in Fig.
1 lediglich einer in schematischer Weise dargestellt ist.
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Der Erdanker 4 besteht aus einem aus Bandstahl bestehenden Zugmittel
6, welches unter Berücksichtigung der Festigkeitseigenschaften des zur Verwendung
kommenden Baustahls querschnittsmäßig so dimensioniert ist, daß die auftretenden
Zugkräfte ohne weiteres übertragen werden können.
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Bei 7 ist an dem einen Endabschnitt des Zugmittels 6 ein endseitiges
Reibelement 8 angeordnet, welches mittels einer Platte 9 an dem Zugmittel 6 gehalten
ist, und zwar durch in Fig. 1 nicht dargestellte Muttern, die auf den mit Gewinde
versehenen, durch die Platte 9 hindurchgeführten Endabschnitt des Stahlankers 6
aufgeschraubt sind, so daß das endseitige Reibelement 8 an dem der Stützmauer 1
abgekehrten Ende des Zugmittels 6 formschlüssig gehalten ist.
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An das endseitige Reibelement 8 schließen sich dann weitere Reibelemente
11 an, welche mit dem das Zugmittel 6 darstellenden, verzinkten Stahlanker nicht
verbunden sind, sondern sich an ihren Stirnseiten jeweils gegenseitig aneinander
abstützen.
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Diese Reibelemente 8, 11 sind lediglich im wirksamen Ankerbereich
des rückwärtigen Erdkörpers des Hanges 3 angeordnet, also bis zu der unter dem Winkel
12 verlaufenden Gleitfläche 13, während-der Stahlanker 6 zwischen dem letzten Reibelement
11' und der Stützmauer 1 frei vorsteht, da dort ohnehin keine Reibungskräfte mehr
in das Erdreich übertragen werden.
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Der über die Reibelemente 11, 11' frei vorstehende Abschnitt 6' des
das Zugmittel bildenden Stahlankers ist dann an einer Stoßstelle 14 mittels eines
geeigneten, der Fachwelt hinlänglich bekannten Verbindungselementes, wie beispielsweise
einer Schraubmuffenyerbindung, einer Schlaufe o.dgl. mit einem ebenfalls aus Rundstahl
bestehenden Verankerungsabschnitt 16 der Stützmauer 1 bzw.
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des betreffenden Formsteins 2 der Stützmauer 1 verbunden, der bereits
im Werk in den betreffenden Stein 2 eingesetzt werden kann.
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Die Fig. 2 und 3 zeigen beispielhaft eine Ausgestaltungsmöglichkeit
für Reibelemente 8 bzw. 11, 11', in einer stirnseitigen, seitlichen Ansicht (Fig.
2) bzw. einer Draufsicht (Fig. 3), wobei diese Reibelemente 8 bzw. 11 bzw. 11' aus
Beton bestehen.
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Die Reibelemente 8 bzw. 11 bzw. 11 besitzen, wie insbesondere aus
Fig. 2 hervorgeht, gleichsam eine umgekehrte Hutform, deren Breite B etwa 60 cm,
und deren Länge L etwa 25 cm beträgt. Die Stegbreiten s betragen jeweils
etwa
20 cm bei einer Dicke d von etwa 5 cm, die sich im Bereich der Durchgangsöffnung
17 für das Zugmittel 6 in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise auf etwa 12 cm verbreitert.
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Bei dem Zugmittel 6 bzw. 6' (s. Fig. 4) handelt es sich im vorliegenden
Fall um einen verzinkten Stahlstab von 18 mm Durchmesser, wobei der Durchmesser
der Durchgangsöffnungen 17 22 mm beträgt.
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Wie aus Fig. 4 erkennbar ist, ist der Endabschnitt 7 des Zugmittels
6 an dem endseitigen Reibelement 8 mit Gewinde versehen und dort mittels einer Mutter
10 sowie einer Unterlegscheibe 10' gehalten.
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Das sich an das endseitige Reibelement 8 anschließende Reibelement
11 kann sich mithin am Reibelement 8 abstützen, während das andere endseitige Reibelement
11' sich am Reibelement 11 abstützt.
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Wie bereits weiter oben erwähnt worden ist, können die Reibelemente
8, 11, 11' statt dessen auch völlig anders ausgestaltet sein, und zwar beispielsweise
aus zwei im Querschnitt U-förmigen Halbschalen, die beispielsweise aus Beton oder
einem anderen geeigneten Werkstoff bestehen können und spiegelsymmetrisch zum Zugmittel
mit den Stirnseiten ihrer Schenkel aufeinanderliegen können, so daß sie das Zugmittel
6 dann mithin gleichsam konzentrisch umgeben.
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Neben zahlreichen anderen Ausgestaltungen ist beispielsweise auch
eine Ausgestaltung für die Reibelemente 8, 11, 11' denkbar, bei welcher die Reibelemente
im Querschnitt L-förmig ausgestaltet sind, so daß sie seitlich
so
an das Zugmittel 6 herangeschoben werden können, daß dieses wiederum etwa mittig
verläuft und die Reibelemente 8, 11, 11' dann demgemäß mit ihren Parallelen zu den
Schnittflächen liegenden Stirnseiten gegeneinander abgestützt sein können.
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Aus der Vielzahl denkbarer Möglichkeiten sei schließlich beispielhaft
noch eine weitere Variante für die Reibelemente 8, 11, 11' erwähnt, bei welcher
die Reibelemente jeweils nur aus einem schalenförmigen Abschnitt bestehen, dessen
Querschnitt im wesentlichen U-förmig ist, wobei das Zugmittel 6 dann zwischen Steg
und Schenkeln des U angeordnet sein kann.
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Wie bereits aus Fig. 4 hervorgeht, ist es ersichtlich keineswegs erforderlich,
den Ankerkopf als Platte 9 o.dgl. auszubilden, wie dieses bei der schematischen
Darstellung gemaß Fig. 1 der Fall ist. Vielmehr kann beispielsweise auch das endseitige
Reibelement 8 den eigentlichen Ankerkopf bilden, was beispielsweise dann der Fall
sein kann, wenn der Ankerkopf als Betonblock ausgebildet ist.
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Die Fig. 5 bis 7 zeigen eine weitere Variante, und zwar Fig. 5 in
einer vereinfachten Draufsicht auf die Darstellung gemäß Fig. 1 bei fortgenommenem
Hang 3, während Fig. 6 ein Reibelement 11 bzw. 11' in perspektivischer Darstellung
und Fig. 7 einen Abschnitt des Zugmittels 6 zeigt.
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Die Reibelemente 11 bzw. 11' gemäß Fig. 5 sind als Fertigbetonteile
ausgebildet (s. Fig. 6) und besitzen im Ausgangszustand jeweils eine Durchgangsöffnung
17, durch welche sich jeweils ein Abschnitt 18 des Zugmittels 6
erstreckt,
der jedoch im Gegensatz zu der Ausgestaltung gemäß den Fig. 2 bis 4 durch Einmörteln
o.dgl. fest mit dem Reibelement 8 bzw. 11 bzw. 11' verbunden ist.
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Die jeweilige Länge eines Abschnittes 18 des Zugmittels ist etwa so
groß wie die in Längsrichtung des Zugmittels gemessene Länge eines Reibelementes
8 bzw. 11 bzw. 11', wobei jeder Zugmittelabschnitt 18 an seinem einen Endabschnitt
mit einer öse 19 und an seinem anderen Endabschnitt mit einem Haken 21 versehen
ist, so daß die einzelnen, sich durch die Reibelemente erstreckenden Zugmittelabschnitte
18 jeweils endseitig formschlüssig miteinander verbunden werden können und der Erdanker
insgesamt gleichsam eine Art "Gliederkette" bildet, die sich dem Erdreich des Hanges
gut anpassen kann, wobei bei diesem Ausgestaltungsbeispiel zwischen einander benachbarten
Reibelementen jeweils ein Abstand a vorhanden ist.
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Es sei darauf hingewiesen, daß der Ankerkopf bei der Ausgestaltung
gemäß Fig. 5 bewußt fortgelassen ist, da sich hierfür die unterschiedlichsten Möglichkeiten
anbieten, wie weiter oben bereits erörtert worden ist.
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Es sei lediglich noch darauf verwiesen, daß der außerhalb des Ankerbereiches
A liegende Zugmittelabschnitt 6' sich bei dieser Ausgestaltung in besonders einfacher
Weise an den Verankerungsabschnitten 16 anschließen läßt, der aus der in Fig. 5
lediglich symbolisch dargestellten Stützmauer 1 herausragt.
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Zusammenfassend läßt sich mithin feststellen, daß der erfindungsgemäße
Erdanker nicht nur außerordentlich preiswert zu fertigen, zu bevorraten und zu transportieren
ist, sondern daß er sich darüber hinaus vor allem auch selbst bei höheren Bauwerken
und daraus resultierenden längeren Verankerungsabschnitten ohne weiteres von Hand
verlegen läßt, wobei er sich im Erdreich bei ggf.
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auftretenden Setzungen in geradezu optimaler Weise anpassen kann,
ohne daß es zu irgendwelchen Beschädigungen und damit verbundenen Beeinträchtigungen
der Verankerung und letztlich der Standfestigkeit des betreffenden Bauwerkes kommt.